Астрономія
Астрономія

Записані «Персеверансом» звуки Марса уточнили його звуковий ландшафт

Нещодавно «Персеверанс» виконав своє завдання і виміряв швидкість поширення звуку на Марсі. Для цього вчені використали лазер для дослідження порід на борту марсохода і вбудований у його камеру на щоглі мікрофон. І аналіз отриманих ним записів допоміг відтворити звуковий ландшафт Червоної планети: швидкість звуку повільніша, ніж на Землі, високі звуки поширюються швидше за низькі, але вони однаково поширюються лише на коротку відстань — не більше восьми метрів. Результатами експерименту «Персеверанса» і своїми висновками вчені поділилися у статті, яка прийнята до публікації в Nature.

ASA / JPL-CALTECH / CNES / CNRS / LANL

ASA / JPL-CALTECH / CNES / CNRS / LANL

Що за експеримент?

До посадки «Персеверанса» 18 лютого минулого року акустичне середовище Марса було незвіданим. Моделі передбачали, що турбулентність в атмосфері планети дуже мінлива, швидкість звуку змінюється з його частотою, а вуглекислий газ змушує високочастотні хвилі сильно згасати з відстанню. І прямий запис звуку дає унікальну можливість вивчити атмосферу як основне природне джерело звуку на Марсі та як середовище поширення акустичних хвиль.

Нещодавно «Персеверанс» отримав завдання виміряти швидкість звуку на Марсі. Виявилося що швидкість звуку на Червоній планеті складає 240 метрів на секунду, що на 100 метрів на секунду повільніше, ніж на Землі. Крім того, частоти вище 240 герців поширюються більш ніж на 10 метрів на секунду швидше, ніж низькі частоти: якщо на Марсі зазвучить музика, баси дійдуть із запізненням. Однак у тій роботі автори експерименту з французького Університету Тулузи спільно з колегами з університетів Америки, Іспанії та Німеччини пообіцяли набагато цікавіші висновки з цього дослідження та представили картину звукового ландшафту на планеті.

Як «Персеверанс» слухав Марс?

Для дослідження вчені використали інструмент на борту марсохода — SuperCam. Його ровер використовує для дослідження хімічного та мінерального складу марсіанських порід: за допомогою двох лазерів «Персеверанс» зондує каміння на відстані десяти метрів від себе, а потім вивчає його чотирма спектрометрами.

У ході роботи потужний інфрачервоний лазер створює акустичну хвилю, звук якої можна почути на встановленому поруч на щоглі мікрофоні. Подібні мікрофони були на борту Mars Polar Lander, який той втратив в атмосфері, а також на зонді «Фенікс», який через технічні причини так і не зміг його використати.

Мікрофон SuperCam здатний записувати коливання тиску повітря як у чутному діапазоні частот, так і за ним: від 20 герців до 50 кілогерців. Він знаходиться на висоті 2,1 метра над землею та працює разом із другим мікрофоном, встановленим на висоті одного метра на лівому борті ровера. Звук виникає після створення лазером SuperCam ударної хвилі, яка і потрапить до мікрофона у вигляді високочастотного (більше двох кілогерців) акустичного сигналу. Завдяки точній синхронізації між лазером і мікрофоном, час поширення цього сигналу можна визначити з точністю до 10 мілісекунд.

Місця розміщення мікрофонів на «Персеверансі». ASA / JPL-CALTECH / CNES / CNRS / LANL

Місця розміщення мікрофонів на «Персеверансі». ASA / JPL-CALTECH / CNES / CNRS / LANL

Що вдалося почути?

Вибір того, що міг почути «Персеверанс» насправді невеликий: удари лазера SuperCam по каменю, шум від гвинтів його напарника дрона Ingenuity, від інструменту для прибирання пилу, від повертання щогли, а також марсіанський вітер. Всього вчені мали доступ до записів за 216 марсіанських днів (солів) роботи марсохода, а саме 4 години 40 хвилин аудіо марсіанських звуків, 46 відсотків з яких припали на явище атмосферної турбулентності, а 42 — на механічні шуми. За той же період другий мікрофон записав загалом 56 хвилин аудіо, в основному під час роботи марсохода (наприклад, рух ровера чи його маніпулятор). Найтихшим видався 38 сол записів, а найголоснішим — 128.

Змінна швидкість звуку на Червоній планеті є наслідком розрідженої холодної атмосфери, повної вуглекислого газу. Перед місією вчені очікували, що атмосфера Марса впливатиме на швидкість звуку, але це явище ніколи не спостерігалося безпосередньо до цих записів. Один з ефектів цієї тонкої атмосфери: звуки поширюються лише на коротку відстань. Якщо на Землі звук може зникнути приблизно через 65 метрів, то Марсі він протягне всього вісім.

Записи з мікрофона SuperCam також показують зміни тиску, викликані турбулентністю в марсіанській атмосфері, що раніше не спостерігалися, оскільки її вплив проявляється в крихітних масштабах. Турбулентність виникає у дуже динамічному планетарному граничному шарі Марса (Planetary Boundary Layer), тобто нижньому шарі його атмосфери, який взаємодіє безпосередньо з поверхнею. Він має свій денний цикл «активності». Вдень через конвективні потоки, які піднімаються вгору від нагрітої Сонцем поверхні планети, турбулентність росте. А вже вночі атмосфера стабілізується і розшаровується. У денний час вона збільшується за більшої швидкості навколишнього вітру, його пориви також вдалося виміряти, причому в дуже короткі проміжки часу — до десяти секунд.

Звук — нове багате джерело інформації про Марс. Вчені вже планують повторити свої спостереження у різний місцевий час та сезони. Завдяки датчикам діаметром всього в кілька міліметрів вдалося почути як звуки, викликані турбулентністю в атмосфері, так і штучні джерела на самому ровері. Врешті решт, крім шуму вітру, звуки роботи самого «Персеверанса» на Марсі містять інформацію про стан підсистем марсохода і дозволять оцінити його придатність до роботи.

Удари лазера SuperCam по каменю зможете послухати і ви — NASA опублікувало звуки, записані «Персеверансом» на поверхні Марса, серед яких є ще і пориви марсіанського вітру. А нещодавно «Персеверанс» відсвяткував рік роботи на Червоній планеті. Його здобутки ми згадали у матеріалі «Наполегливий ровер».


Фото в анонсі: ASA / JPL-CALTECH / CNES / CNRS / LANL